Adenosintrifosfát: Porovnání verzí
m robot přidal: sq:Adenozintrifosfat |
rozšíření dle citovaných knih, prakticky kompletní přepsání; časem ještě dopracuji biosyntézu |
||
| Řádek 1: | Řádek 1: | ||
{{Infobox Chemická sloučenina |
{{Infobox Chemická sloučenina |
||
|Název=Adenosintrifosfát |
|Název=Adenosintrifosfát |
||
|Obrázek=[[Soubor:ATP structure.svg|200px|Chemická struktura adenosintrifosfátu |
|Obrázek=[[Soubor:ATP structure.svg|200px|Chemická struktura adenosintrifosfátu]] |
||
|Systematický název=[(2R,3S,4R,5R)-5-(6-aminopurin-9-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methyl(hydroxy-fosfonooxyfosforyl)hydrogenfosfát |
|Systematický název=[(2R,3S,4R,5R)-5-(6-aminopurin-9-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methyl(hydroxy-fosfonooxyfosforyl)hydrogenfosfát |
||
|Triviální název=adenosintrifosfát |
|Triviální název=adenosintrifosfát |
||
|Ostatní názvy=adenosin-5'-(tetrahydrogentrifosfát) |
|||
|Funkční vzorec=C<sub>10</sub>H<sub>8</sub>N<sub>4</sub>O<sub>2</sub>NH<sub>2</sub>(OH)<sub>2</sub>(PO<sub>3</sub>H)<sub>3</sub>H |
|Funkční vzorec=C<sub>10</sub>H<sub>8</sub>N<sub>4</sub>O<sub>2</sub>NH<sub>2</sub>(OH)<sub>2</sub>(PO<sub>3</sub>H)<sub>3</sub>H |
||
|Sumární vzorec=C<sub>10</sub>H<sub>16</sub>N<sub>5</sub>O<sub>13</sub>P<sub>3</sub> |
|Sumární vzorec=C<sub>10</sub>H<sub>16</sub>N<sub>5</sub>O<sub>13</sub>P<sub>3</sub> |
||
|Číslo CAS=56-65-5 |
|Číslo CAS=56-65-5 |
||
|PubChem=5957 |
|||
|InChI=1/C10H16N5O13P3/c11-8-5-9(13-2-12-8)15(3-14-5)10- 7(17)6(16)4(26-10)1-25-30(21,22)28-31(23,24)27 -29(18,19)20/h2-4,6-7,10,16-17H,1H2, (H,21,22)(H,23,24)(H2,11,12,13)(H2,18,19,20) /t4-,6-,7-,10-/m1/s1 |
|InChI=1/C10H16N5O13P3/c11-8-5-9(13-2-12-8)15(3-14-5)10- 7(17)6(16)4(26-10)1-25-30(21,22)28-31(23,24)27 -29(18,19)20/h2-4,6-7,10,16-17H,1H2, (H,21,22)(H,23,24)(H2,11,12,13)(H2,18,19,20) /t4-,6-,7-,10-/m1/s1 |
||
|SMILES=O=P(O)(O)OP(=O)(O)OP(=O)(O)OC[C@H]3O [C@@H](n2cnc1c(ncnc12)N)[C@H](O)[C@@H]3O |
|SMILES=O=P(O)(O)OP(=O)(O)OP(=O)(O)OC[C@H]3O [C@@H](n2cnc1c(ncnc12)N)[C@H](O)[C@@H]3O |
||
| Řádek 14: | Řádek 12: | ||
|pKa=6,5 |
|pKa=6,5 |
||
}} |
}} |
||
'''Adenosintrifosfát''' ('''ATP''', zkratka z [[angličtina|angl.]] ''adenosine triphosphate'') je důležitý [[nukleotid]],<ref name=vodrazka>{{citace monografie| titul = Biochemie| příjmení=Vodrážka| jméno=Zdeněk| vydavatel=Academia| místo = Praha| rok=2007| isbn = 978-80-200-0600-4}}</ref> který se skládá z [[adenosin]]u a trojice [[fosfát]]ů navázané na [[5' uhlík|5' uhlíku]]. Je zcela zásadní pro funkci všech známých [[buňka|buněk]].<ref name=alberts>{{citace monografie | příjmení = Alberts| jméno = Bruce , et al.| rok=2002|titul= The Molecular Biology of the Cell | edice=4th. ed|vydavatel = Garland Science | isbn=0-8153-3218-1 | url =}}</ref> Jeho význam spočívá v tom, že při rozkladu ATP na [[adenosindifosfát|ADP]] a P<sub>i</sub> dochází k uvolnění značného množství energie. Tato energie se využívá téměř ve všech typech buněčných pochodů, jako je namátkou celá řada [[biosyntéza|biosyntetických]] pochodů, [[vnitrobuněčný transport]] a [[membránový transport]], [[translace|výroba proteinů]] či syntéza [[RNA]]. |
|||
'''Adenosintrifosfát''' ('''ATP''', zkratka z anglického ''adenosine triphosphate''), psán také jako '''adenosin trifosfát''' nebo '''adenozin trifosfát''', je chemická látka, která se skládá z [[adenosin]]u a tří [[fosfát]]ů. |
|||
ATP se z chemického hlediska řadí mezi tzv. 5' [[ribonukleotid]]y, které obsahují cukr [[ribóza|ribózu]] a na 5' místě fosfátové skupiny. Od ATP je tedy vhodné odlišovat vzácnější [[deoxyadenosintrifosfát]] (dATP), jenž patří mezi [[deoxyribonukleotid]]y a představuje v podstatě jeden ze základních stavebních kamenů [[DNA]].<ref name=vodrazka /> |
|||
| ⚫ | |||
Syntéza ATP se děje v procesech [[buněčné dýchání|buněčného dýchání]] a [[fotosyntéza|fotosyntézy]]. U fotoautotrofů se využívá k tomuto procesu světlo, a proto se též takový proces označuje jako [[fotofosforylace]]. Při syntéze ATP obecně se uplatňují [[ATP syntáza|ATP syntázy]]. |
|||
== Historie výzkumu == |
|||
Adenosintrifosfát byl v roce 1929 [[Karl Lohmann|K. Lohmannem]] poprvé izolován z extraktu [[sval]]u.<ref name=vodrazka /><ref>{{citace periodika |příjmení=Lohmann| jméno= K |titul =Über die Pyrophosphatfraktion im Muskel |periodikum =Naturwissenschaften |ročník =17 |číslo =31 |strany =624–5 |měsíc=srpen |rok =1929 |doi=10.1007/BF01506215 |url=http://www.springerlink.com/content/j14381j057n22004/?p=b723410ce93b455583229f1fc3a56f9c&pi=5}}</ref> Až v roce 1941 ale [[Fritz Albert Lipmann]] navrhl, že je ATP hlavní biomolekulou, jež umožňuje krátkodobé uchování a udílení energie v buňkách.<ref>{{citace periodika |příjmení=Lipmann |jméno=F |titul= Metabolic Generation and Utilization of Phosphate Bond Energy|periodikum =Adv. Enzymol. |ročník =1 |strany =99–162 |rok =1941 |issn=0196-7398}}</ref> ATP bylo poprvé uměle připraveno [[Alexander R. Todd|Alexanderem Toddem]] v roce 1948.<ref>{{cite web| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1997/illpres/history.html | work=The Nobel Prize in Chemistry 1997| title= History: ATP first discovered in 1929| publisher=Nobel Foundation | accessdate=2010-05-26}}</ref> V roce 1949 ukázal [[Albert Szent-Györgyi]], že svalový stah izolovaných [[myofibrila|myofibril]] může být uměle vyvolán přidáním ATP. O několik let později byla podobným experimentem popsána role ATP v pohybu [[řasinka|řasinek]].<ref name=alberts /> |
|||
== Struktura == |
|||
[[Soubor:ATP-xtal-3D-sticks.png|thumb|left|upright=0.7|3D struktura ATP]] |
|||
Adenosintrifosfát je nukleotid složený z pětiuhlíkatého cukru [[ribóza|ribózy]], [[adenin]]u navěšeného na 1' uhlíku a trojice fosfátových skupin na 5' uhlíku. Vazba mezi adeninem a ribózou se označuje jako [[Glykosidová vazba|N-glykosidická]]. Fosfátové skupiny jsou připojeny mezi sebou [[anhydridová vazba|anhydridovými vazbami]] a k ribóze tzv. [[fosfodiesterová vazba|fosfodiesterovou vazbou]]. Často se uvádí, že anhydridové vazby mezi fosfáty jsou bohaté na energii či makroergické a znázorňují se vlnovkami: Ade–Rib–''P''~''P''~''P''.<ref name=voet /> To je nicméně zavádějící a vysokoenergetičnost vazby v žádném případě přímo nesouvisí s danou [[vazebná energie|vazebnou energií]]. Na druhou stranu je právě přenos fosfátových skupin spojován s uvolňováním značné energie, a tak je termín „makroergická vazba“ do jisté míry opodstatnitelný.<ref>{{Citace periodika | příjmení = Chance | jméno = B. | příjmení2 = Lees | jméno2 = H. | příjmení3 = Postgate | jméno3 = J. R. | titul = The meaning of "reversed electron flow" and "high energy electron" in biochemistry | periodikum = Nature. | rok = 1972 | číslo = 5363 | ročník = 238 | strany = 330-1 | url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4561837 | issn = 0028-0836}}</ref> |
|||
== Význam == |
== Význam == |
||
V [[biochemie|biochemii]] je ATP znám jako nejběžnější [[energie|energetické]] oběživo živých systémů (uvnitř [[buňka|buněk]]),<ref name=voet>{{citace monografie| příjmení = Voet | jméno=Donald |příjmení2= Voet |jméno2=Judith | titul = Biochemie | vydání = 1. | vydavatel=Victoria Publishing| místo=Praha| rok= 1995| isbn= 80-85605-44-9}}</ref> protože je schopen při svém vzniku do své struktury vratně uschovat relativně velké množství energie, kterou je možno [[exergonický]]m (energii uvolňujícím) rozkladem pohánět jiné, [[endergonický|endergonické]] (energii spotřebovávající) procesy. Je to proto tzv. [[makroergická sloučenina]]. V rámci celé řady biochemických pochodů dochází k tzv. spotřebě ATP, tedy jeho hydrolýze na [[adenosindifosfát|ADP]] + [[fosfát|''P''<sub>i</sub>]], případně dokonce na [[adenosinmonofosfát|AMP]] a [[pyrofosfát|''PP''<sub>i</sub>]]:<ref name=voet /><ref group=pozn>Přičemž ''P''<sub>i</sub> je zkratka pro [[monofosfát]] (PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>) a ''PP''<sub>i</sub> je [[difosfát]] (též pyrofosfát, P<sub>2</sub>O<sub>7</sub><sup>2-</sup>).</ref> |
|||
V [[biochemie|biochemii]] je ATP znám jako „energetická měna“ v živých systémech (uvnitř [[buňka|buňky]]), protože ATP je schopné při svém vzniku v [[mitochondrie|mitochondriích]] do své struktury (respektive do makroergní vazby mezi druhým a třetím fosfátem) vratně uschovat relativně velké množství energie (asi 50 kJ). |
|||
* ATP + H<sub>2</sub>O → ADP + ''P''<sub>i</sub> |
|||
Je to takzvaná makroergická sloučenina (tj. sloučenina energeticky bohatá). |
|||
* ATP + H<sub>2</sub>O → AMP + ''PP''<sub>i</sub> |
|||
Proto tato molekula slouží jako jistý druh energetického oběživa, pomocí něhož je energie fyzicky přenášena do potřebného místa. |
|||
V místě potřeby je molekula ATP rozložena na [[adenosindifosfát]] a samostatný [[fosfát]] a energie uložená ve vazbě mezi nimi se uvolní. |
|||
ATP se oxidací svých vazeb mění na ADP (adenosindifosfát) +P nebo úplnou oxidací ATP na AMP ([[adenosinmonofosfát]]) +P+P. |
|||
Energie je využita při endergonních reakcích, aby byly uskutečněny reakce, při kterých je potřeba energie - jinak by byla reakce neproveditelná. |
|||
===Energetika ATP=== |
|||
{{Pahýl - biochemie}} |
|||
K reakcím spřaženým se spotřebou (hydrolýzou) ATP patří celá řada fundamentálních chemických procesů probíhajících v buňkách. Bez spřažení s hydrolýzou ATP by tyto reakce probíhaly jen velice pomalu (měly by vysokou hodnotu změny [[Gibbsova energie|Gibbsovy energie]], ΔG). Příkladem je první krok [[glykolýza|glykolýzy]], přeměna [[glukóza|glukózy]] na [[glukóza-6-fosfát]]. Reakce glukózy s anorganickým fosfátem má ΔG = +13,8 ([[Joule|kJ]]/[[mol (jednotka)|mol]]), nicméně s ní spřažená hydrolýza ATP se vyznačuje změnou Gibbsovy energie ΔG = -30,5, a tak je celý sled reakcí energeticky favorizovaný a proběhne.<ref name=voet /> Přesná hodnota ΔG pro hydrolytický rozklad ATP na ADP a ''P''<sub>i</sub> je závislá na celé řadě faktorů. Vliv má zejména [[kyselost|pH]], [[molární koncentrace|koncentrace]] [[mocenství|dvojmocných]] [[kov]]ových [[iont]]ů (jež se asociují s [[fosfát]]em) a celková [[iontová síla]] v prostředí. Obvykle se v mnoha reakcích udává -30,5 kJ/mol, nicméně správnější je hodnota -50 kJ/mol.<ref name=voet /> I takto vysoký energetický schodek ale nemusí stačit, nicméně existuje alternativa. Rozklad ATP na AMP a ''PP''<sub>i</sub> je doprovázen vyšší hodnotou ΔG: samotná hydrolýza na tyto produkty sice poskytne podobné množství energie, jako hydrolýza na ADP,<ref name=voet /> ale do konečného ΔG se započítává i hydrolýza volného difosfátu (''PP''<sub>i</sub>), takže výsledná může činit až 109 kJ/mol.<ref name=alberts /> |
|||
Co je ve skutečnosti příčinou energetického schodku při hydrolýze ATP na produkty s nižším počtem fosfátů, to je předmětem dohadů. Zřejmě má vliv celá řada faktorů. Fosfátové skupiny v ATP jsou silně záporně [[elektrický náboj|nabité]] a vzájemně se elektrostaticky odpuzují; hydrolýza snižuje velikost těchto sil. Navíc mají fosforečnany silnou tendenci asociovat se s [[rozpouštědlo|rozpouštědlem]] (vodou) – to je mnohem snažší u produktů hydrolýzy. Konečně zřejmě je díky hydrolýze ATP uspokojena poptávka fosfátových skupin po elektronech, které jinak v ATP musí sousední fosfáty sdílet.<ref name=voet /> Nejvyšší význam má zřejmě druhý jmenovaný efekt.<ref>{{citace elektronické monografie| titul=Sandwalk: Why Is ATP an Important Energy Currency in Biochemistry?| url = http://sandwalk.blogspot.com/2008/09/why-is-atp-important-energy-currency-in.html| rok=2008| jméno=Lawrence A.| příjmení=Moran}}</ref> |
|||
===Role v živých systémech=== |
|||
[[File:Hsp90 ATP pocket.jpg|thumb|Adenosintrifosfát navázaný v kapsovitém místě enzymu [[Hsp90]]; tento [[protein teplotního šoku]] využívá energii z hydrolýzy ATP a jedná se tedy o [[ATPáza|ATPázu]]]] |
|||
ATP slouží jako substrát pro skupinu [[enzym]]ů zvaných [[kináza|kinázy]]. Tyto enzymy, patřící mezi [[transferáza|transferázy]], přenáší fosfátový zbytek na cílovou molekulu (jako je např. aminokyselinový zbytek v případě [[proteinkináza|proteinkináz]]). ATP může být chápán jako [[kofaktor (biochemie)|kofaktor]], jenž přenáší funkční skupinu atomů (fosfát) a následně se opět regeneruje. Většina kináz rozkládá ATP na ADP a ''P''<sub>i</sub>, lze však přenášet i [[difosfát]] (za současného vzniku AMP) a výjimečně [[adenosyl]]ový zbytek za současného uvolnění difosfátu a monofosfátu do prostředí.<ref name=enzymologie /> Reakce katalyzované kinázami jsou obvykle víceméně jednosměrné, protože se při hydrolýze ATP nevratně uvolňuje velké množství volné energie do okolí.<ref name=alberts /><ref group=pozn>V průběhu takové hypotetické enzymatické reakce by musel spontánně vzniknout ATP z ADP a P<sub>i</sub>, což je nereálné. Pro průběh opačné reakce, defosforylace, se tedy využívá zcela odlišná třída enzymů, tzv. [[fosfatáza|fosfatázy]].</ref> Jiný princip využívá celá řada [[ligáza|ligáz]]: ty mnohdy hydrolyzují ATP (mají [[ATPáza|ATPázovou]] aktivitu) a uvolněná energie je využita k provedení ligační reakce (typu A + B).<ref name=enzymologie>{{citace monografie| titul = Enzymologie| vydavatel=VŠCHT v Praze| jméno=Zdeněk|příjmení=Vodrážka| jméno2= Pavel| příjmení2=Rausch| jméno3= Jan| příjmení3=Káš| rok=1998}}</ref> |
|||
ATP je (společně s [[guanosintrifosfát|GTP]], [[cytidintrifosfát|CTP]] a [[uridintrifosfát|UTP]]) jedním ze substrátů pro syntézu [[RNA]] ([[transkripce (DNA)|transkripci]]). V rámci čtyř zmíněných nukleotidů nemá nicméně žádnou výlučnou roli a začleňuje se jako AMP do prodlužujícího se řetězce RNA za současného uvolňování pyrofosfátu do prostředí.<ref name=alberts /> |
|||
Vazba ATP do vazebného místa enzymů může mít i důležitou regulační funkci. ATP může totiž působit jako [[alosterická regulace|alosterický regulátor]], který je schopný změnit prostorovou strukturu enzymu a například ho aktivovat či naopak deaktivovat. Enzymy jsou někdy nastaveny tak, aby vázaly ATP a hydrolyzovaly ho (ATPázy), což může například udělovat energii k mechanické práci enzymů či ke koordinovanému pohybu [[molekulární motor|molekulárních motorů]] ([[myosin]]).<ref name=alberts /> Dále ATP slouží i jako substrát pro [[adenylátcykláza|adenylátcyklázu]], která vytváří z ATP [[cyklický adenosinmonofosfát]] (cAMP). |
|||
== Výskyt == |
|||
Většina ATP v těle mnohobuněčných organismů se vyskytuje vnitrobuněčně, jen zanedbatelné množství ATP se nachází i mimo vlastní buňky v [[mimobuněčný prostor|extracelulárním prostoru]]. Koncentrace ATP v buňkách se liší [[druh (biologie)|druh]] od druhu a v rámci jednoho těla [[tkáň]] od tkáně. Koncentrace ATP v buňkách v některých případech zvláštním způsobem pravidelně kolísá, jindy zase vzrůstá v průběhu dozrávání buněk. Dokonce i v rámci jednoho [[buněčný typ|buněčného typu]] se koncentrace ATP liší při srovnání několika jedinců až dvojnásobně.<ref>{{Citace periodika| issn = 0144-8463| ročník= 22| číslo= 5| strany= 501-511| příjmení = Ataullakhanov| jméno = Fazoil I.| jméno2= Victor M.|příjmení2= Vitvitsky| titul = What Determines the Intracellular ATP Concentration| periodikum = Bioscience Reports| datum = 2002-12-01}}</ref> Zhruba však vnitrobuněčná koncentrace ATP činí 1–10 [[mol (jednotka)|mmol]]/[[litr]] (mM).<ref>{{Citace periodika | příjmení = Beis | jméno = I. | příjmení2 = Newsholme | jméno2 = E. A. | titul = The contents of adenine nucleotides, phosphagens and some glycolytic intermediates in resting muscles from vertebrates and invertebrates | periodikum = Biochem J. | rok = 1975 | číslo = 1 | ročník = 152 | strany = 23-32 | url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1172435/?tool=pubmed | issn = 0264-6021}}</ref> |
|||
Méně známou skutečností je to, že ATP se vyskytuje i mimo buňku, například v [[ tkáňový mok|tkáňovém moku]] či v [[krev|krvi]]. Ven z buněk se ATP může dostat buď v důsledku poranění (z umírajících buněk), ale mnohdy se to děje i za normálních okolností například pomocí speciálních membránových [[kanál (biologie)|kanálů]] či [[exocytóza|exocytózou]] pomocí [[vezikul|váčků]] např. na [[synaptická štěrbina|synaptické štěrbině]]. V některých tkáních tak může i mimo buňku nabývat koncentrace ATP nanomolárních (nM) či dokonce mikromolárních (µM) koncentrací. Extracelulární ATP má celou řadu funkcí a váže se na [[P1 receptor|P1]] a [[P2 receptor|P2]] [[receptor]]y buněk. V nervové soustavě někdy slouží jako pomocný [[neurotransmiter]] hrající důležitou roli v procesech [[paměť|paměti]], [[učení]] a [[nocireceptor|vnímání bolesti]]. V [[hladká svalovina|hladké svalovině]] ovlivňuje kontrakci, ve [[varlata|varlatech]] má vliv na uvolňování [[testosteron]]u. Dosud byly objeveny desítky fyziologických rolí mimobuněčného ATP.<ref>{{citace monografie| titul = Extracellular ATP |
|||
as a Regulator of Intracellular Signaling in Thyroid FRTL-5 Cells| url = http://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/2397/extracel.pdf?sequence=1| isbn = 952-91-2781-2| místo=Helsinki |rok=2000| jméno=Elina |příjmení=Ekokoski| }}</ref> |
|||
== Doplňování hladiny ATP == |
|||
Může-li hydrolýza ATP poskytovat energii pro průběh celé řady reakcí, pak musí existovat i způsob, jak za pomoci ještě energeticky bohatších látek doplňovat zásobu ATP.{{#tag:ref|Jedním ze způsobů je například reakce [[fosfoenolpyruvát]]u s ADP za vzniku ATP a [[pyruvát]]u. Sled dílčích reakcí má celkově exergonický průběh (ΔG = -31,4).<ref name=voet />|group="pozn"}} ATP musí být neustále regenerováno ve fosforylačních buněčných reakcích, při nichž obvykle dochází k rozkladu energeticky bohatých organických látek. V žádném případě neslouží ATP jako dlouhodobá zásobárna energie „na horší časy“. Kdyby se ATP neustále nedoplňovalo, došly by jeho zásoby v průměrné savčí buňce po jedné či dvou minutách. Každá buňka tedy za sekundu spotřebuje asi 10 milionů (10<sup>7</sup>) molekul ATP, celé [[lidské tělo]] každou minutu rozloží asi 1 [[gram]] ATP.<ref name=alberts /><ref group=pozn>Tzn. buněčný [[pool (biochemie)|pool]] ATP je poměrně malý a [[turnover (biochemie)|turnover]] musí být nutně vysoký.</ref> V extrémních případech samozřejmě potřeba ATP roste. Bylo spočítáno, že svaly [[maraton]]ského běžce [[Khalid Khannouchi|Khannouchiho]] za přibližně dvě hodiny běhu spotřebovaly (rozložily) kolem 60 kg ATP, tedy více, než on sám vážil.<ref>{{Citace periodika |
|||
| ročník = 25 |
|||
| číslo = 2 |
|||
| strany = 70-71 |
|||
| titul = Estimating ATP resynthesis during a marathon run: a method to introduce metabolism |
|||
| periodikum = Advances in Physiology Education |
|||
| datum = 2001-06-01 |
|||
| url = http://advan.physiology.org/content/25/2/70.abstract |
|||
| příjmení = Dicarlo| jméno = Stephen E.| příjmení2=Collins| jméno2= Heidi L. |
|||
}}</ref> Naopak ve spánku se potřeba ATP (ve srovnání s bděním) někdy až stonásobně snižuje.<ref name=voet /> |
|||
| ⚫ | |||
<!-- * syntéza z jednodušších látek |
|||
--> |
|||
{{pahýl část}} |
|||
=== Regenerace === |
|||
[[File:ATPsynthase labelled.png|thumb|[[ATP syntáza]], enzym s ústřední rolí v [[elektronový transportní řetězec|elektronovém transportním řetězci]] a v syntéze ATP v [[mitochondrie|mitochondriích]] a [[plastid]]ech]] |
|||
Většina ATP se po svém rozkladu na ADP či AMP obvykle znovu regeneruje opětovným dodáním koncových fosfátových skupin. Co se týče AMP, obvykle dochází k reakci AMP + ATP → 2ADP (za katalýzy [[adenylátkináza|adenylylkinázou]]). Hladina ADP by tedy v buňkách postupně vzrůstala, protože ATP se neustále spotřebovává.<ref name=harper>{{citace monografie| titul=Harper's Illustrated Biochemistry| příjmení=Murray| jméno=Robert K.| spoluautoři=Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell| vydavatel=Lange Medical Books/McGraw-Hill; Medical Publishing Division| rok=2003 | isbn=0-07-138901-6}}</ref> Existuje nicméně několik mechanismů, které zajišťují fosforylaci ADP na ATP. V buňkách existuje i negativní [[zpětná vazba]], která zajišťuje, že když je hladina ADP v buňce příliš vysoká, dochází k aktivaci enzymů podílejících se na oxidaci cukrů: to stimuluje regeneraci ATP z ADP.<ref name=alberts /> |
|||
Jednou z možností je tzv. [[substrátová fosforylace|fosforylace na substrátové úrovni]], která je obvykle součástí raných fází [[metabolismus cukrů|metabolismu cukrů]]. V [[glykolýza|glykolýze]] vzniká ATP účinkem [[fosfoglycerátkináza|fosfoglycerátkinázy]] při přeměně [[1,3-bisfosfoglycerát]]u na [[3-fosfoglycerát]] a dále účinkem [[pyruvátkináza|pyruvátkinázy]] při přeměněně [[fosfoenolpyruvát]]u na [[pyruvát]]. V [[Krebsův cyklus|Krebsově cyklu]] přímo ATP zpravidla nevzniká, ale v reakci katalyzované [[sukcinyl-CoA-syntetáza|sukcinyl-CoA-syntetázou]] dochází ke vzniku GTP, jenž může být snadno na ATP převeden: ADP + GTP ⇆ ATP + GDP.<ref name=voet /> |
|||
Tyto všechny jmenované metody však zpravidla nemají takový význam, jako reakce odehrávající se v [[mitochondrie|mitochondriích]] a [[plastid]]ech, případně na [[prokaryota|prokaryotických]] [[cytoplazmatická membrána|cytoplazmatických membránách]].<ref name=voet /> Ve všech případech jde o to nějakým způsobem vytvořit [[protonový gradient]] napříč membránou. Tento gradient protonů podle [[chemiosmotická teorie|chemiosmotické teorie]] vytváří dostatečný zdroj energie pro činnost enzymu [[ATP syntáza|ATP syntázy]], což je molekulární motor umožňující regeneraci ATP z ADP. Způsobů, jak vytvořit protonový gradient, je celá řada a k nejvýznamnějším patří zejména světelná fáze [[fotosyntéza|fotosyntézy]] (a na ni navazující [[fotofosforylace]]), [[dýchací řetězec]] jako součást [[buněčné dýchání|buněčného dýchání]], případně činnost [[bakteriorhodopsin]]u některých [[archebakterie|archebakterií]]. Fotosyntetické pochody se odehrávají v [[chloroplast]]ech, dýchací řetězec probíhá v [[mitochondrie|mitochondriích]] či na buněčné membráně prokaryot. |
|||
== Odkazy == |
|||
{{commonscat|Adenosine triphosphate}} |
|||
===Poznámky=== |
|||
<references group=pozn /> |
|||
=== Reference === |
|||
<references /> |
|||
===Literatura=== |
|||
* {{citace monografie| příjmení = Voet | jméno=Donald |příjmení2= Voet |jméno2=Judith | titul = Biochemie | vydání = 1. | vydavatel=Victoria Publishing| místo=Praha| rok= 1995| isbn= 80-85605-44-9}} |
|||
* {{citace monografie| titul = Biochemie| příjmení=Vodrážka| jméno=Zdeněk| vydavatel=Academia| místo = Praha| rok=2007| isbn = 978-80-200-0600-4}} |
|||
{{Nukleové kyseliny}} |
{{Nukleové kyseliny}} |
||
| ⚫ | |||
[[Kategorie:Kofaktory]] |
[[Kategorie:Kofaktory]] |
||
[[Kategorie:Nukleotidy]] |
[[Kategorie:Nukleotidy]] |
||
| ⚫ | |||
{{Link GA|en}} |
{{Link GA|en}} |
||
Verze z 30. 1. 2011, 14:29
Šablona:Infobox Chemická sloučenina Adenosintrifosfát (ATP, zkratka z angl. adenosine triphosphate) je důležitý nukleotid,[1] který se skládá z adenosinu a trojice fosfátů navázané na 5' uhlíku. Je zcela zásadní pro funkci všech známých buněk.[2] Jeho význam spočívá v tom, že při rozkladu ATP na ADP a Pi dochází k uvolnění značného množství energie. Tato energie se využívá téměř ve všech typech buněčných pochodů, jako je namátkou celá řada biosyntetických pochodů, vnitrobuněčný transport a membránový transport, výroba proteinů či syntéza RNA.
ATP se z chemického hlediska řadí mezi tzv. 5' ribonukleotidy, které obsahují cukr ribózu a na 5' místě fosfátové skupiny. Od ATP je tedy vhodné odlišovat vzácnější deoxyadenosintrifosfát (dATP), jenž patří mezi deoxyribonukleotidy a představuje v podstatě jeden ze základních stavebních kamenů DNA.[1]
Historie výzkumu
Adenosintrifosfát byl v roce 1929 K. Lohmannem poprvé izolován z extraktu svalu.[1][3] Až v roce 1941 ale Fritz Albert Lipmann navrhl, že je ATP hlavní biomolekulou, jež umožňuje krátkodobé uchování a udílení energie v buňkách.[4] ATP bylo poprvé uměle připraveno Alexanderem Toddem v roce 1948.[5] V roce 1949 ukázal Albert Szent-Györgyi, že svalový stah izolovaných myofibril může být uměle vyvolán přidáním ATP. O několik let později byla podobným experimentem popsána role ATP v pohybu řasinek.[2]
Struktura
Adenosintrifosfát je nukleotid složený z pětiuhlíkatého cukru ribózy, adeninu navěšeného na 1' uhlíku a trojice fosfátových skupin na 5' uhlíku. Vazba mezi adeninem a ribózou se označuje jako N-glykosidická. Fosfátové skupiny jsou připojeny mezi sebou anhydridovými vazbami a k ribóze tzv. fosfodiesterovou vazbou. Často se uvádí, že anhydridové vazby mezi fosfáty jsou bohaté na energii či makroergické a znázorňují se vlnovkami: Ade–Rib–P~P~P.[6] To je nicméně zavádějící a vysokoenergetičnost vazby v žádném případě přímo nesouvisí s danou vazebnou energií. Na druhou stranu je právě přenos fosfátových skupin spojován s uvolňováním značné energie, a tak je termín „makroergická vazba“ do jisté míry opodstatnitelný.[7]
Význam
V biochemii je ATP znám jako nejběžnější energetické oběživo živých systémů (uvnitř buněk),[6] protože je schopen při svém vzniku do své struktury vratně uschovat relativně velké množství energie, kterou je možno exergonickým (energii uvolňujícím) rozkladem pohánět jiné, endergonické (energii spotřebovávající) procesy. Je to proto tzv. makroergická sloučenina. V rámci celé řady biochemických pochodů dochází k tzv. spotřebě ATP, tedy jeho hydrolýze na ADP + Pi, případně dokonce na AMP a PPi:[6][pozn 1]
- ATP + H2O → ADP + Pi
- ATP + H2O → AMP + PPi
Energetika ATP
K reakcím spřaženým se spotřebou (hydrolýzou) ATP patří celá řada fundamentálních chemických procesů probíhajících v buňkách. Bez spřažení s hydrolýzou ATP by tyto reakce probíhaly jen velice pomalu (měly by vysokou hodnotu změny Gibbsovy energie, ΔG). Příkladem je první krok glykolýzy, přeměna glukózy na glukóza-6-fosfát. Reakce glukózy s anorganickým fosfátem má ΔG = +13,8 (kJ/mol), nicméně s ní spřažená hydrolýza ATP se vyznačuje změnou Gibbsovy energie ΔG = -30,5, a tak je celý sled reakcí energeticky favorizovaný a proběhne.[6] Přesná hodnota ΔG pro hydrolytický rozklad ATP na ADP a Pi je závislá na celé řadě faktorů. Vliv má zejména pH, koncentrace dvojmocných kovových iontů (jež se asociují s fosfátem) a celková iontová síla v prostředí. Obvykle se v mnoha reakcích udává -30,5 kJ/mol, nicméně správnější je hodnota -50 kJ/mol.[6] I takto vysoký energetický schodek ale nemusí stačit, nicméně existuje alternativa. Rozklad ATP na AMP a PPi je doprovázen vyšší hodnotou ΔG: samotná hydrolýza na tyto produkty sice poskytne podobné množství energie, jako hydrolýza na ADP,[6] ale do konečného ΔG se započítává i hydrolýza volného difosfátu (PPi), takže výsledná může činit až 109 kJ/mol.[2]
Co je ve skutečnosti příčinou energetického schodku při hydrolýze ATP na produkty s nižším počtem fosfátů, to je předmětem dohadů. Zřejmě má vliv celá řada faktorů. Fosfátové skupiny v ATP jsou silně záporně nabité a vzájemně se elektrostaticky odpuzují; hydrolýza snižuje velikost těchto sil. Navíc mají fosforečnany silnou tendenci asociovat se s rozpouštědlem (vodou) – to je mnohem snažší u produktů hydrolýzy. Konečně zřejmě je díky hydrolýze ATP uspokojena poptávka fosfátových skupin po elektronech, které jinak v ATP musí sousední fosfáty sdílet.[6] Nejvyšší význam má zřejmě druhý jmenovaný efekt.[8]
Role v živých systémech
ATP slouží jako substrát pro skupinu enzymů zvaných kinázy. Tyto enzymy, patřící mezi transferázy, přenáší fosfátový zbytek na cílovou molekulu (jako je např. aminokyselinový zbytek v případě proteinkináz). ATP může být chápán jako kofaktor, jenž přenáší funkční skupinu atomů (fosfát) a následně se opět regeneruje. Většina kináz rozkládá ATP na ADP a Pi, lze však přenášet i difosfát (za současného vzniku AMP) a výjimečně adenosylový zbytek za současného uvolnění difosfátu a monofosfátu do prostředí.[9] Reakce katalyzované kinázami jsou obvykle víceméně jednosměrné, protože se při hydrolýze ATP nevratně uvolňuje velké množství volné energie do okolí.[2][pozn 2] Jiný princip využívá celá řada ligáz: ty mnohdy hydrolyzují ATP (mají ATPázovou aktivitu) a uvolněná energie je využita k provedení ligační reakce (typu A + B).[9]
ATP je (společně s GTP, CTP a UTP) jedním ze substrátů pro syntézu RNA (transkripci). V rámci čtyř zmíněných nukleotidů nemá nicméně žádnou výlučnou roli a začleňuje se jako AMP do prodlužujícího se řetězce RNA za současného uvolňování pyrofosfátu do prostředí.[2]
Vazba ATP do vazebného místa enzymů může mít i důležitou regulační funkci. ATP může totiž působit jako alosterický regulátor, který je schopný změnit prostorovou strukturu enzymu a například ho aktivovat či naopak deaktivovat. Enzymy jsou někdy nastaveny tak, aby vázaly ATP a hydrolyzovaly ho (ATPázy), což může například udělovat energii k mechanické práci enzymů či ke koordinovanému pohybu molekulárních motorů (myosin).[2] Dále ATP slouží i jako substrát pro adenylátcyklázu, která vytváří z ATP cyklický adenosinmonofosfát (cAMP).
Výskyt
Většina ATP v těle mnohobuněčných organismů se vyskytuje vnitrobuněčně, jen zanedbatelné množství ATP se nachází i mimo vlastní buňky v extracelulárním prostoru. Koncentrace ATP v buňkách se liší druh od druhu a v rámci jednoho těla tkáň od tkáně. Koncentrace ATP v buňkách v některých případech zvláštním způsobem pravidelně kolísá, jindy zase vzrůstá v průběhu dozrávání buněk. Dokonce i v rámci jednoho buněčného typu se koncentrace ATP liší při srovnání několika jedinců až dvojnásobně.[10] Zhruba však vnitrobuněčná koncentrace ATP činí 1–10 mmol/litr (mM).[11]
Méně známou skutečností je to, že ATP se vyskytuje i mimo buňku, například v tkáňovém moku či v krvi. Ven z buněk se ATP může dostat buď v důsledku poranění (z umírajících buněk), ale mnohdy se to děje i za normálních okolností například pomocí speciálních membránových kanálů či exocytózou pomocí váčků např. na synaptické štěrbině. V některých tkáních tak může i mimo buňku nabývat koncentrace ATP nanomolárních (nM) či dokonce mikromolárních (µM) koncentrací. Extracelulární ATP má celou řadu funkcí a váže se na P1 a P2 receptory buněk. V nervové soustavě někdy slouží jako pomocný neurotransmiter hrající důležitou roli v procesech paměti, učení a vnímání bolesti. V hladké svalovině ovlivňuje kontrakci, ve varlatech má vliv na uvolňování testosteronu. Dosud byly objeveny desítky fyziologických rolí mimobuněčného ATP.[12]
Doplňování hladiny ATP
Může-li hydrolýza ATP poskytovat energii pro průběh celé řady reakcí, pak musí existovat i způsob, jak za pomoci ještě energeticky bohatších látek doplňovat zásobu ATP.[pozn 3] ATP musí být neustále regenerováno ve fosforylačních buněčných reakcích, při nichž obvykle dochází k rozkladu energeticky bohatých organických látek. V žádném případě neslouží ATP jako dlouhodobá zásobárna energie „na horší časy“. Kdyby se ATP neustále nedoplňovalo, došly by jeho zásoby v průměrné savčí buňce po jedné či dvou minutách. Každá buňka tedy za sekundu spotřebuje asi 10 milionů (107) molekul ATP, celé lidské tělo každou minutu rozloží asi 1 gram ATP.[2][pozn 4] V extrémních případech samozřejmě potřeba ATP roste. Bylo spočítáno, že svaly maratonského běžce Khannouchiho za přibližně dvě hodiny běhu spotřebovaly (rozložily) kolem 60 kg ATP, tedy více, než on sám vážil.[13] Naopak ve spánku se potřeba ATP (ve srovnání s bděním) někdy až stonásobně snižuje.[6]
Biosyntéza
Regenerace
Většina ATP se po svém rozkladu na ADP či AMP obvykle znovu regeneruje opětovným dodáním koncových fosfátových skupin. Co se týče AMP, obvykle dochází k reakci AMP + ATP → 2ADP (za katalýzy adenylylkinázou). Hladina ADP by tedy v buňkách postupně vzrůstala, protože ATP se neustále spotřebovává.[14] Existuje nicméně několik mechanismů, které zajišťují fosforylaci ADP na ATP. V buňkách existuje i negativní zpětná vazba, která zajišťuje, že když je hladina ADP v buňce příliš vysoká, dochází k aktivaci enzymů podílejících se na oxidaci cukrů: to stimuluje regeneraci ATP z ADP.[2]
Jednou z možností je tzv. fosforylace na substrátové úrovni, která je obvykle součástí raných fází metabolismu cukrů. V glykolýze vzniká ATP účinkem fosfoglycerátkinázy při přeměně 1,3-bisfosfoglycerátu na 3-fosfoglycerát a dále účinkem pyruvátkinázy při přeměněně fosfoenolpyruvátu na pyruvát. V Krebsově cyklu přímo ATP zpravidla nevzniká, ale v reakci katalyzované sukcinyl-CoA-syntetázou dochází ke vzniku GTP, jenž může být snadno na ATP převeden: ADP + GTP ⇆ ATP + GDP.[6]
Tyto všechny jmenované metody však zpravidla nemají takový význam, jako reakce odehrávající se v mitochondriích a plastidech, případně na prokaryotických cytoplazmatických membránách.[6] Ve všech případech jde o to nějakým způsobem vytvořit protonový gradient napříč membránou. Tento gradient protonů podle chemiosmotické teorie vytváří dostatečný zdroj energie pro činnost enzymu ATP syntázy, což je molekulární motor umožňující regeneraci ATP z ADP. Způsobů, jak vytvořit protonový gradient, je celá řada a k nejvýznamnějším patří zejména světelná fáze fotosyntézy (a na ni navazující fotofosforylace), dýchací řetězec jako součást buněčného dýchání, případně činnost bakteriorhodopsinu některých archebakterií. Fotosyntetické pochody se odehrávají v chloroplastech, dýchací řetězec probíhá v mitochondriích či na buněčné membráně prokaryot.
Odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu adenosintrifosfát na Wikimedia Commons
Poznámky
- ↑ Přičemž Pi je zkratka pro monofosfát (PO43-) a PPi je difosfát (též pyrofosfát, P2O72-).
- ↑ V průběhu takové hypotetické enzymatické reakce by musel spontánně vzniknout ATP z ADP a Pi, což je nereálné. Pro průběh opačné reakce, defosforylace, se tedy využívá zcela odlišná třída enzymů, tzv. fosfatázy.
- ↑ Jedním ze způsobů je například reakce fosfoenolpyruvátu s ADP za vzniku ATP a pyruvátu. Sled dílčích reakcí má celkově exergonický průběh (ΔG = -31,4).[6]
- ↑ Tzn. buněčný pool ATP je poměrně malý a turnover musí být nutně vysoký.
Reference
- ↑ a b c VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. Praha: Academia, 2007. ISBN 978-80-200-0600-4.
- ↑ a b c d e f g h ALBERTS, Bruce , et al. The Molecular Biology of the Cell. [s.l.]: Garland Science, 2002. (4th. ed). ISBN 0-8153-3218-1.
- ↑ LOHMANN, K. Über die Pyrophosphatfraktion im Muskel. Naturwissenschaften. Srpen 1929, roč. 17, čís. 31, s. 624–5. Dostupné online. DOI 10.1007/BF01506215.
- ↑ LIPMANN, F. Metabolic Generation and Utilization of Phosphate Bond Energy. Adv. Enzymol.. 1941, roč. 1, s. 99–162. ISSN 0196-7398.
- ↑ History: ATP first discovered in 1929 [online]. Nobel Foundation [cit. 2010-05-26]. Dostupné online.
- ↑ a b c d e f g h i j k VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemie. 1.. vyd. Praha: Victoria Publishing, 1995. ISBN 80-85605-44-9.
- ↑ CHANCE, B.; LEES, H.; POSTGATE, J. R. The meaning of "reversed electron flow" and "high energy electron" in biochemistry. Nature.. 1972, roč. 238, čís. 5363, s. 330-1. Dostupné online. ISSN 0028-0836.
- ↑ MORAN, Lawrence A. Sandwalk: Why Is ATP an Important Energy Currency in Biochemistry? [online]. 2008. Dostupné online.
- ↑ a b VODRÁŽKA, Zdeněk; RAUSCH, Pavel; KÁŠ, Jan. Enzymologie. [s.l.]: VŠCHT v Praze, 1998.
- ↑ ATAULLAKHANOV, Fazoil I.; VITVITSKY, Victor M. What Determines the Intracellular ATP Concentration. Bioscience Reports. 2002-12-01, roč. 22, čís. 5, s. 501-511. ISSN 0144-8463.
- ↑ BEIS, I.; NEWSHOLME, E. A. The contents of adenine nucleotides, phosphagens and some glycolytic intermediates in resting muscles from vertebrates and invertebrates. Biochem J.. 1975, roč. 152, čís. 1, s. 23-32. Dostupné online. ISSN 0264-6021.
- ↑ EKOKOSKI, Elina. Extracellular ATP as a Regulator of Intracellular Signaling in Thyroid FRTL-5 Cells. Helsinki: [s.n.], 2000. Dostupné online. ISBN 952-91-2781-2.
- ↑ DICARLO, Stephen E.; COLLINS, Heidi L. Estimating ATP resynthesis during a marathon run: a method to introduce metabolism. Advances in Physiology Education. 2001-06-01, roč. 25, čís. 2, s. 70-71. Dostupné online.
- ↑ MURRAY, Robert K., Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell. Harper's Illustrated Biochemistry. [s.l.]: Lange Medical Books/McGraw-Hill; Medical Publishing Division, 2003. ISBN 0-07-138901-6.
Literatura
- VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemie. 1.. vyd. Praha: Victoria Publishing, 1995. ISBN 80-85605-44-9.
- VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. Praha: Academia, 2007. ISBN 978-80-200-0600-4.